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        基于PLC的掛號信函分揀機械手設(shè)計

        2015-09-13 11:42:20譚宇碩馮亞波劉宇輝蘇艷玲
        制造業(yè)自動化 2015年15期
        關(guān)鍵詞:脈沖數(shù)同步帶滑臺

        譚宇碩,韓 瀚,馮亞波,劉宇輝,蘇艷玲

        (1.石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,石家莊 050021;2.石家莊郵區(qū)中心局,石家莊 050021;3.石家莊經(jīng)濟學(xué)院,石家莊 050031)

        0 引言

        傳遞函件是郵政本門的根本任務(wù),為國民經(jīng)濟各個部門進行信息傳遞,是社會生產(chǎn)和人民生活中不可缺少的通信手段。即使在通信方式發(fā)生重大變革的今天,特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合,相繼出現(xiàn)了電子郵件、手機短信、QQ、飛信、微信、微博、推特等通信載體,函件仍然有自己的一席之地。掛號信函在郵政業(yè)務(wù)中屬于給據(jù)信函,業(yè)務(wù)量大,在函件中占比較重。

        目前,國內(nèi)郵政企業(yè)配備的信函分揀機對掛號信函的標(biāo)準(zhǔn)性要求很高,但是由于掛號信函的規(guī)格不統(tǒng)一、重量和厚度迥異,很多企業(yè)不得已采用人工分揀,使分揀設(shè)備閑置,造成分揀過程中自動化水平降低,同時也增加了人力成本,降低了分揀效率,錯分率也大大增加;國外郵政分揀設(shè)備供應(yīng)公司也紛紛推出符合中國大陸信函分揀現(xiàn)狀的新設(shè)備,如德國西門子公司提供有自動識讀和視屏標(biāo)碼功能的雙層信函分揀機。該類設(shè)備具有郵件處理能力高,節(jié)省空間、易于維護,同時配置更靈活、流程更優(yōu)化等優(yōu)點,但價格昂貴,不易大范圍推廣。

        本機械手采用PLC為系統(tǒng)控制核心,編寫上位機界面與之構(gòu)成主控系統(tǒng);硬件易于組配,擴展方便,抗干擾性強,不僅適用于掛號信函分揀,還可用于物流、速遞、超市等多種場合。

        1 機械手結(jié)構(gòu)與工作原理

        該機械手由工業(yè)攝像頭、上位機、PLC、信函拾取單元、提升同步帶滑臺和旋轉(zhuǎn)臺部分等組成[1],如圖1所示。其中信函拾取單元主要由真空發(fā)生器、電磁閥、吸盤和接近開關(guān)構(gòu)成;提升同步帶滑臺由懸臂、導(dǎo)軌、限位開關(guān)以及滑臺步進電機組成;旋轉(zhuǎn)減速步進電機、電機驅(qū)動器和電源則為旋轉(zhuǎn)臺的主要元件[2]。

        圖1 機械手結(jié)構(gòu)示意圖

        機械手工作原理如圖2所示,主要有以下四點:

        圖2 機械手工作原理圖

        1)待分揀的掛號信函堆疊放置在供信臺2上,由工業(yè)攝像頭15采集最上面放置的單封掛號信函條碼信息,并上傳至上位機中。

        2)上位機對該信息進行OBR識別,通過網(wǎng)絡(luò)連接郵政網(wǎng)運信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,查詢此信函被分揀的邏輯格口,并查找分揀現(xiàn)場對應(yīng)的物理格口編號以及旋轉(zhuǎn)臺從供信臺旋轉(zhuǎn)至該格口所需的脈沖數(shù),將該脈沖數(shù)通過串口發(fā)送至PLC。

        3)PLC接收到脈沖數(shù)之后,控制提升同步帶滑臺和信函拾取單元,拾取供信臺上待分揀信函;控制旋轉(zhuǎn)臺按照接收到的脈沖數(shù)旋轉(zhuǎn)至對應(yīng)格口位置;信函拾取單元停止運行,信函由重力作用落入對應(yīng)的分揀格口中。

        4)提升同步帶滑臺、旋轉(zhuǎn)臺和信函拾取單元復(fù)位,分揀下一封信函。

        2 上位機設(shè)計

        PowerBuilder是美國Sybase公司研制的一種新型、快速的數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具。由于是面向?qū)ο蟮拈_發(fā)工具,具有良好的人機交互性,同時提供了大量的控件和函數(shù);又因其出色的企業(yè)數(shù)據(jù)庫連接能力,可以直接連接Oracle、SQLServer等大型數(shù)據(jù)庫,通過DataWindow可輕松實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的各種進行操作,所以采用該軟件進行上位機界面編寫[3]。

        圖3 上位機工作界面

        上位機界面提供手工掃描條碼和OBR自動識別兩種模式,在條碼不清晰或者粘貼位置較偏,工業(yè)攝像頭無法正常讀取時,可采用手動模式[4]。還可以顯示查詢到的當(dāng)前分揀信函物理格口;記錄已經(jīng)分揀掛號信函數(shù)量,并計算已經(jīng)分揀的郵件耗費的時間;同時顯示及時分揀速度、平均分揀速度等。

        3 PLC控制設(shè)計

        3.1 PLC控制信函分揀流程

        機械手系統(tǒng)采用PLC控制信函拾取單元、提升同步帶滑臺和旋轉(zhuǎn)臺完成信函的分揀過程。因?qū)к夐L度和滑臺同步電機轉(zhuǎn)速限制,供信臺上待分揀掛號信函的總厚度不能超過1m;滑臺導(dǎo)軌在吸盤拾取信函后,將懸臂提升,上行距離不超過300mm,系統(tǒng)中設(shè)置距離為200mm,如果導(dǎo)軌帶動懸臂超出圖1中所示的上、下限位開關(guān)時,系統(tǒng)將停機報警[5];吸盤拾取信函重量不大于4Kg,如果超過該重量,無法正常拾取時,系統(tǒng)也將停機報警。單封信函分揀流程如圖4所示。

        圖4 單封掛號信函PLC控制分揀流程圖

        3.2 PLC I/0端使用分配

        系統(tǒng)中選擇歐姆龍CP1E-N30DT-A型PLC,電源為100-240VAC,共有18個輸入點和12個晶體管(漏型)輸出點(含2個脈沖輸出點)[6]。系統(tǒng)控制中共使用輸入點8個,輸出點5個,如表1所示。

        表1 PLC I/0端使用分配表

        4 機械手運行效果和結(jié)論

        掛號信函分揀機械手按照工作原理和設(shè)計要求組配并調(diào)試成功,如圖5所示。經(jīng)過測算,工業(yè)攝像頭識別條碼時間為0.1秒/封,平均分揀速度為2秒/封,在不間斷供信的理想情況下,工作效率為1800封/時,遠高于平均人工分揀效率(500封/時),分揀成功率接近100%,如果多臺機械手配合工作,基本上可以代替人工分揀。

        圖5 掛號信函分揀機械手工作圖

        經(jīng)過原理分析和實踐驗證,掛號信函機械手工作穩(wěn)定,能耗低,成本低,噪音小,抗干擾能力強,工作效率高,能夠滿足現(xiàn)階段掛號信函分揀的實際需要,是自動化控制技術(shù)在企業(yè)生產(chǎn)中的成功嘗試,有明顯的推廣價值和經(jīng)濟價值。

        [1] 王雙園,白國振.基于PLC的太陽主動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J].太陽能學(xué)報 2012.11:30-33.

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